1. Usability im eLearning-Kognitive Theorien für Multimedia-Lernen Ulrik Schroeder, Eva Altenbernd-Giani, Daniel Herding LuFG Informatik 9 (Computerunterstütztes Lernen)) Dank an Dr. Christian Spannagel (PH Ludwigsburg)

2. Beispiel aus dem SAiL-M Projekt Von Verständlichkeit zu Usability 2

3. Usability für eLearning Von Verständlichkeit zu Usability 3 Usability eLearning Produkte sind Software-Produkte Lernen steht im Vordergrund Lernfreundlichkeit Lernen – Was ist das? Etymologisch Gotisch: "LAIS""ich weiß" Indogermanisch: "LIS" "gehen" deutet auf einen Prozess bei dem ein Weg zurückgelegt wird und dabei Wissen aufgebaut wird Lernen – Wie geht das ? Nachahmen ? Forschen? auswendig lernen ? Erfahrungen sammeln? Geistige Höhenflüge ? Experimentieren? Üben?

4. Übersicht Von Verständlichkeit zu Usability 4 Multi-store model (Atkinson/Shiffrin) Theorien Dual Coding Theory(Paivio) Model of working memory (Baddeley) Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller) Theory of Multimedia Learning (Mayer) Designprinzipien Design principles (Chandler & Sweller) … for multimedia learning(Mayer)

5. Gedächtnismodelle Multimedia Learning Von Verständlichkeit zu Usability 5

6. Multi-store Memory Model: Prozesse Von Verständlichkeit zu Usability 6 Wahrnehmung Bottleneck Bottleneck Information Processing Model Extended Information Processing Model Kurzzeitgedächtnis(Arbeitsgedächtnis) Sensorisches Gedächtnis Langzeitgedächtnis Enkodierung Selektive Aufmeksamkeit Lernen Abruf (retrieval) Wissen aktivieren Erprobung/Bestätigung Aufmerksamkeitlenken chunking Transformieren

7. Dual Coding Model (Paivio '71) Zwei separate Systeme Verknüpfung erhöht Erinnerungsleistung Von Verständlichkeit zu Usability 7 Verbale System verbale Information Logogene Sinnesorgane Reaktion Non-verbale System Imagene bildliche Information

8. Auswirkungen des Dual Coding Illustrationen helfen bei der Vermittlung neuen Wissens Diagramme nicht zu detailliert direkt auf den Text / Inhalt bezogen Empirische Ergebnisse Illustrationen bei geringen Vorkenntnissen besser als Experten in Verbindung mit Text mittlerer Komplexität Bilder / Videos können mehr Funktionen haben Aufmerksamkeit erregen bestimmte Zielgruppe ansprechen und motivieren Informationen wiederholen und strukturieren Analogien aufzeigen Hilfe zur Bildung mentaler Modelle von abstrakten Konzepten Von Verständlichkeit zu Usability 8

9. Verfeinertes Arbeitsgedächtnismodell Von Verständlichkeit zu Usability 9 (Baddeley) Arbeitsgedächtnis EchoischesRegister phonologische Schleife LTM zentrale Exekutive episodischer Puffer IkonischesRegister räumlich-visueller Notizblock

10. CognitiveLoadTheory(Chandler & Sweller) Von Verständlichkeit zu Usability 10 LTM WM STM intrinsicCL germaneCL extraneous CL

11. CL-Theorie: Konsequenzen Von Verständlichkeit zu Usability 11 Interne Strukturierung und Modifikation von Schemata Kognitive Energie genutzt für iCL gCL eCL min max komplexer Lerngegenstand (iCL groß)  eCL möglichst minimal!  genügend gCL

12. Übersicht Von Verständlichkeit zu Usability 12  Multi-store model (Atkinson/Shiffrin) Theorien   Dual Coding Theory(Paivio) Model of working memory (Baddeley)  Cognitive Load Theory(Chandler & Sweller) Theory of Multimedia Learning (Mayer) Designprinzipien Design principles (Chandler & Sweller) … for multimedia learning(Mayer)

13. 3 Multimedia Learning Multimedia Learning Theorie &Designprinzipien für Multimedia-Lernen Von Verständlichkeit zu Usability 13

14. Modell des Multimedia-Lernens Von Verständlichkeit zu Usability 14 selecting words organizing words integrating selecting images organizing images Auditiver / verbaler Kanal Multimedia- Präsentation Sensorisches Gedächtnis Arbeits- gedächtnis Langzeit- gedächtnis Verbales Modell Text Worte Vorwissen Bildhaftes Modell Bilder Bilder Select Organize Integrate Visueller / bildhafter Kanal

17. 1. Multimedia-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 18 Die Arbeitsweise eines Ottomotors Ein Viertakt Ottomotor führt während seines Arbeitsspiels 4 Takte aus - Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben. Im ersten Takt (Ansaugen) ist das Einlaßventil geöffnet und der Kolben bewegt sich in Richtung Kurbelwelle. Durch den im Verbrennungsraum herrschenden Unterdruck wird ein Luft-Kraftstoffgemisch angesogen und füllt zum Ende des Taktes den Verbrennungsraum ganz aus. Das Enlaßventil schließt sich und der Kolben bewegt sich von der Kurbelwelle weg (Takt 2: Verdichten). Dabei wird das Luft-Kraftstoffgemisch stark verdichtet. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes (OT) wird das Gemisch durch einen Funken an der Zündkerze gezündet (Zündzeitpunkt). Temperatur und Druck im Verbrennungraum steigen sprunghaft an. Durch den hohen Druck wird der Kolben wieder in Richtung Kurbelwelle gepreßt (Takt 3: Arbeiten). Am unteren Totpunkt (UT) öffnet das Auslaßventil und die Verbrennungsgase werden aus dem Verbrennungsraum ausgeschoben (Takt 4: Ausschieben). Insgesamt hat sich die Kurbelwelle nach den 4 Takten um 720° gedreht (2 vollständige Umdrehungen).

18. Multimedia-Prinzip für eLearning Empirische Ergebnisse Text + Bild > Text 55 % - 121 % bessere Abrufbarkeit Theoretische Begründung: Lerner ist aktiv einbezogen, identifiziert Modelle, findet Wechselbeziehungen zwischen Modellen … Grafische Illustrationen für Überblick über und Beziehungen zwischen Themen (Organisation des Inhalts) Visualisierung von Beziehungen Prinzip eher vage  muss weiter verdeutlicht werden Welche Arten von Bildern? Wie präsentiert? Und wann? Von Verständlichkeit zu Usability 19

19. 2. Prinzip der räumlichen Kontiguität Text und Diagramme Von Verständlichkeit zu Usability 20 

20. 2. Prinzip der räumlichen Kontiguität Text und Bilder sind integriert (nahe beieinander) Von Verständlichkeit zu Usability 21 

21. 3. Prinzip der zeitlichen Kontiguität Bilder / Animationen präsentiert mit gesprochenem Text Bild oder Audio zuerst? Beide gleichzeitig? Von Verständlichkeit zu Usability 22

22. Kontiguitäts-Prinzipien Zeitliche Kontiguität Simultane Präsentation > aufeinanderfolgend Ähnlich, aber nur für eLearning (Information muss im WM behalten werden, bis nächste Präsentation startet) Effekt nicht ganz so stark 3/5 Tests bzgl Erinnerungsleistung 8/8 Tests bzgl. Transferleistung nicht signifikant für leichte Aufgaben Folgerung Beide Medien zusammen präsentieren Räumliche Kontiguität Bilder und erläuternder Text eng beieinander auf Bildschirm / Ausdruck Bildschirm braucht nicht abgesucht und dabei Information im Gedächtnis behalten zu werden Effekt signifikant Erinnerungsleistung 2/2 testbetter understanding/transfer 5/5 testsbetter Folgerung Textuelle Information nahe an erläuternde Bilder setzen Von Verständlichkeit zu Usability 23

23. 4. Modalitäts-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 24 Split-Attention-Effect In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf … 

24. 4. Modalitäts-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 25 Verbales Modell Text Worte selecting words organizing words Vorwissen integrating Bildhaftes Modell Bilder Bilder selecting images organizing images Bild und geschriebener Text sin dschlechter als … 

25. 4. Modalitäts-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 26 

26. 4. Modalitäts-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 27 Verbales Modell Text Worte selecting words organizing words Vorwissen integrating Bildhaftes Modell Bilder Bilder selecting images organizing images Bild + Audio > Bild + (geschriebener) Text Theoretische Begründung Beide Kanäle werden gleichzeitig genutzt (dual channel) Starker empirischer Effekt (40-80% Steigerung) Pragmatische Fragestellungen bzgl. Lern-Kontext Stand-alone, Kopfhörer Bandbreite, verfügbare Tools Produktionskosten, …

27. 5. Kohärenz-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 28 Reihenschaltung: Rges = R1 + R2 Parallelschaltung: 1/Rges = 1/R1 + 1/R2 

28.  5. Kohärenz-Prinzip Studenten lernen besser, wenn irrelevante Information weggelassen wird Nicht sachdienliches Zusatzmaterialerhöht eCL, stört beim Lernen … Sehr starker empirischer Effekt! Stärker bei gedrucktem Material Folgerung Kurze Texte, Hervorhebungen Bilder weglassen, die nur Design und Layout dienen Von Verständlichkeit zu Usability 29

29. 6. Redundanz-Prinzip Von Verständlichkeit zu Usability 30 In dieser Darstellungsehen Sie vier äqui-valente elektrischeSchaltungen. Den Beweis hierfür liefertdie Animation, diedie Schaltungen in-einander überführt.Bitte achten Sie auchauf … 

30. Multimedia- Präsentation Sensorisches Gedächtnis Arbeits- gedächtnis Langzeit- gedächtnis Verbales Modell Text Worte selecting words organize words integrating Vorwissen Bildhaftes Modell Bilder Bilder selecting images organize images Redundanter Text Von Verständlichkeit zu Usability 31 Geschriebener und gesprochener Text: Doppelbelastung Starker empirischer Nachweis (.77/1.24) Pragmatisch Nicht identischen Text gesprochen und gedruckt anbieten OK: gesprochener Text und gedruckte Zusammenfassung der Schlüsselwörter

33. Ein Beispiel: Tischtennis-Trainer Von Verständlichkeit zu Usability 34

34. Wörter Töne Verbales Modell selecting words organizing words Vorwissen integrating Bilder Bilder Bildhaftes Modell selecting images organizing images 7 Prinzipien des Multimedia-Designs Multimedia-Prinzip Prinzip der räumlichen Kontiguität Prinzip der zeitlichen Kontiguität Modalitäts-Prinzip Kohärenz-Prinzip Redundanz-Prinzip Prinzip der individuellen Unterschiede Von Verständlichkeit zu Usability 35

35. Zusammenfassung Erkenntnisse kognitiver Theorien Akzeptierte Designkriterien Empirische Validierung Stark vereinfachte Bedingungen (Labor), um Effekte zu messen Z.B. nur Erlernen einfacher Technologien … Kann nicht generell auf alle Lernarten übertragen werden viele weitere Kriterien ausgeblendet Didaktik Zielgruppe (Soziale) Einbettung des Lernens Emotion, Motivation, … Von Verständlichkeit zu Usability 36

36. eLearning Forschung – Modelle, Usability, … Von Verständlichkeit zu Usability 37

37. Literatur Bücher Clark, Ruth Colvin; Mayer, Richard E. (2003): e-Learning and the Science of Instruction. Proven Guidelines for Consumers an Designers of Multimedia Learning. San Francisco Calif.: Pfeiffer. Mayer, Richard E. (2005): The Cambridge handbook of multimedia learning. Cambridge: Cambridge Univ. Press. Mayer, Richard E. (2006): Multimedia Learning. Cambridge: Cambridge Univ. Press. Hasebrook, Joachim (1995): Multimedia-Psychologie. Eine neue Perspektive menschlicher Kommunikation. Heidelberg: Spektrum Akad. Verl. Von Verständlichkeit zu Usability 38

38. Beispiel 1 Von Verständlichkeit zu Usability 39

39. Beispiel 2 Von Verständlichkeit zu Usability 40

40. Vorstellung Prof. Dr.Ulrik Schroeder DanielHerding Eva Altenbernd-Giani